افزایش پایداری اکسیداتیو روغن بزرک با درون‌پوشانی در نانو الیاف موسیلاژ دانه آن

STUDENT

DEGREE

YEAR

Nowadays, it has been proven that some of fats and oils have functional properties in the human body and have a positive effect on the human health. These compounds are called functional lipids. Flaxseed oil is one of the functional lipids that can be used to produce healthy foods since it has about 54% alpha linolenic acid (ALA). Alpha linolenic acid is a precursor for essential fatty acids and provides numerous beneficial effects on the consumer health such as, reducing blood cholesterol (decreases LDL and increases HDL), coronary heart diseases risk, the prevention of breast and prostate cancers and improving neurological and hormonal systems. This oil is highly susceptible to oxidation due to its high degree of unsaturation (iodine index 206-134), which led to produce off flavor, off odor and reduced nutritional value in flaxseed oil. Also, this oil has low solubility in aqueous food systems, therefore its use is limited in the food industry. Recently, in order to use this oil in food systems, different methods have been suggested that oil encapsulation technology is one of these methods. In this study, firstly the spin ability of flaxseed mucilage (FM) was evaluated by electrospinning. Then, the electrical conductivity and the viscosity of FM solutions (1.5 and 3%), PVA solutions (8 and 12%) and FM: PVA mixture (100:0, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50 and 0:100) were measured. Finally, The FM: PVA nanofibers were produced via electrospinning method and the nanofiber morphology was examined by scanning electron microscope and in regard to SEM images the sample of 3% FM: 12% PVA at 60:40 ratio was selected as the best nanofibers for other supplementary analyses such as thermal properties, FTIR and XRD patterns. According to the results of the investigation of solutions properties, by increasing the FM content, the electrical conductivity of mixture solutions was elevated and the viscosity was decreased. In regard to SEM results, the diameter of the FM: PVA nanofibers was elevated with increasing the FM and PVA concentrations and ratio of PVA in mixture solutions. FTIR analyses showed that no chemical interaction was occurred between functional groups of FM and PVA and the spin ability of FM was improved via changing physical properties such as viscosity. XRD patterns showed the FM: PVA nanofibers had amorphous structure. Based on the first step results, the sample of 3% FM: 12% PVA at 60:40 ratio was selected as the best wall for the encapsulation of flaxseed oil. In the next step, the encapsulation of flaxseed oil within FM: PVA nanofibers was performed. Firstly, the O/W emulsions containing 0, 10, 20 and 40% oil (w/w, weight of oil/weight of wall materials powder) were prepared. After electrospinning, the encapsulation efficiency and loading capacity of samples were evaluated and the ratio of 40% oil (w/w) was chosen for other supplementary analyses (FTIR, DSC) and the oxidative stability of entrapped FO in the nanofibers were conducted on it. Investigating the morphology and diameter of nanofibers containing 40% oil showed the uniform structure with a larger diameter, which is a proof of the successful encapsulation of FO in this nanofibers Finally, the oxidative stability was investigated during 14 days of storage and results showed that the stability of flaxseed oil was improved in FM: PVA nanofibers. Based on the findings of this study, flaxseed mucilage (FM) could be used as a new source of hydrocolloids to produce nanofibers with suitable physicochemical properties. Also, FM: PVA nanofibers could be used as a wall material for encapsulation of flaxseed oil and increase its oxidative stability. Keywords : Flaxseed mucilage, Electrospinning, Nanofiber, Flaxseed oil, Encapsulation, Oxidative stability

امروزه به اثبات رسیده است که برخی از چربی ها و روغن ها در بدن انسان دارای خواص فرا سودمند بوده و می توانند اثرات مثبتی بر روی سلامتی انسان داشته باشند که به این ترکیبات، روغن ها ی فراسودمندگفته می شود. روغن بزرک به دلیل دارا بودن 54 درصد آلفالینولنیک اسید، یکی از روغن‌های فراسودمند به شمار می‌آید که می‌توان از آن برای تولید غذاهای سالم استفاده نمود. آلفالینولنیک اسید پیش ساز اسیدهای چرب ضروری بدن می باشد و دارای خواص سلامت بخش مانند کاهنده کلسترول خون (LDL را کاهش و HDL را افزایش می‌دهد)، جلوگیری از بیماری‌های قلبی و عروقی، سرطان سینه و پروستات، پوست و روده بزرگ، تقویت‌کننده سیستم های ایمنی و عصبی بدن می‌باشد. اما این روغن به دلیل درجه غیر اشباعیت بالا (اندیس یدی 206-134)، به اکسیداسیون بسیار حساس بوده که این فرآیند باعث بدبویی، بد طعمی و کاهش ارزش تغذیه‌ای روغن بزرک می‌شود. همچنین به علت عدم حلالیت در محیط‌های آبی هنوز به طور گسترده وارد صنعت غذا نشده است. در سال های اخیر به منظور استفاده از این روغن در سیستم های غذایی روش های مختلفی پیشنهاد شده است که در این میان درون پوشانی کردن روغن یکی از این روش ها می باشد. در تحقیق حاضر ابتدا امکان تولید نانو الیاف موسیلاژ دانه بزرک به روش الکتروریسی مورد بررسی قرار گرفت. سپس خواص محلول موسیلاژ (5/1 و 3 درصد) و پلی ونیل الکل(8 و 12 درصد) با نسبت های 100:0، 80:20، 70:30، 60:40، 50:50 و0:100 (وزنی/ وزنی) از نظر گرانروی و هدایت الکتریکی ارزیابی شدند. پس از آن نانو الیاف موسیلاژ/ پلی ونیل الکل به کمک روش الکتروریسی تهیه شده و شکل نانو الیاف با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد و نانو الیاف موسیلاژ 3 درصد/ پلی ونیل الکل 12 درصد با نسبت 60:40 به عنوان بهترین نانو الیاف برای سایر آزمون های طیف سنج مادون قرمز، رفتار حرارتی و پراش پرتو ایکس انتخاب شد. نتایج بدست آمده از بررسی خواص محلول ها حاکی از افزایش هدایت الکتریکی و کاهش گرانروی با افزایش نسبت موسیلاژ بود. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که با افزایش غلظت موسیلاژ، غلطت پلی ونیل الکل و نسبت پلی ونیل الکل در محلول های الکتروریسی، قطر نانو الیاف تولیدی افزایش یافته است. نتایج آنالیز FTIR نشان داد که برهمکنش شیمیایی بین موسیلاژ دانه بزرک و پلی ونیل الکل ایجاد نشده است و پلی ونیل الکل با بهبود خواص فیزیکی موسیلاژ(گرانروی) منجر به بهبود قابلیت ریسندگی آن شده است. نتایج به دست آمده از الگوی پراش پرتو ایکس، تولید نانو الیاف با ساختار آمورف را تأیید نمود. همچنین افزایش مقاوت حرارتی نانو الیاف تولیدی با توجه به نتایج به دست آمده از آزمون های TGA و DSC مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج به دست آمده از مرحله اول، محلول موسیلاژ دانه بزرک(3 درصد)/ پلی ونیل الکل(12 درصد) با نسبت 60 به 40 به عنوان بهترین دیواره جهت درون‌پوشانی روغن بزرک انتخاب شد. در مرحله دوم این تحقیق امکان درون پوشانی کردن روغن بزرک در نانوالیاف موسیلاژ/ پلی ونیل الکل بررسی شد. بدین منظور روغن بزرک به میزان 10،0، 20 و40 درصد از کل ماده خشک دیواره (وزنی/ وزنی) برای تهیه ی امولسیون روغن در محلول موسیلاژ/ پلی ونیل الکل استفاده شد. پس از تهیه ی نانو الیاف حاوی روغن، با بررسی میزان کارایی و بارگذاری درون پوشانی، غلظت 40 درصد روغن بزرک به عنوان بهترین نسبت انتخاب شده و آزمون های تکمیلی از جمله شکل نانو الیاف، طیف سنج مادون قرمز، رفتار حرارتی و میزان پایداری روغن بزرک درون‌پوشانی شده در نانو الیاف موسیلاژ/ پلی ونیل الکل در شرایط انبارمانی با استفاده از اندازه‌گیری اندیس پراکسید، اندیس تیوباربیتوریک اسید و اندیس توتوکس بررسی گردید. بررسی میزان بارگذاری روغن در نانو الیاف نشان داد که در نسبت 40 درصد (وزنی/ وزنی) روغن بزرک، بیشترین مقدار روغن درون پوشانی شده و بنابراین در ادامه تحقیق از این نسبت به منظور تهیه‌ی امولسیون جهت الکتروریسی، استفاده گردید. بررسی شکل و قطر متوسط نانو الیاف حاوی 40 درصد روغن، ساختار یکنواخت با قطر بیشتر را نشان داد که گواه درون‌پوشانی موفق روغن بزرک در این نانو الیاف می‌باشد. نتایج به دست آمده از بررسی FTIR وجود روغن بزرک را بدون ایجاد برهمکنش شیمیایی با گروه های عاملی ترکیبات دیواره تأیید نمود. بررسی رفتار حراتی نانو الیاف حاوی روغن نشان داد که افزودن روغن به نانو الیاف، پایداری حرارتی آن‌ها را افزایش می‌دهد. در نهایت بررسی میزان پایداری اکسیداتیو روغن بزرک، نشانگر پایداری بیشتر آن در نانو الیاف موسیلاژ دانه بزرک/ پلی ونیل الکل بود. با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق، از موسیلاژ دانه بزرک می‌توان به عنوان یک منبع هیدروکلوئیدی فراسودمند همراه با پلی ونیل الکل جهت تولید نانو الیاف با خواص فیزیکوشیمیایی مناسب استفاده نمود. همچنین می توان از نانو الیاف تولیدی به منظور درون‌پوشانی روغن بزرک و بهبود پایداری اکسیداتیو روغن استفاده کرد. کلمات کلیدی: موسیلاژ دانه ی بزرک، الکتروریسی، نانو الیاف، روغن بزرک، درون پوشانی کردن، پایداری اکسیداتیو